автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и алгоритмы управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения объектов

На правах рукописи

БАЛАШОВ Олег Евгеньевич

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ БОРТОВЫХ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОСОПРОВОЖДЕНИЯ

ОБЪЕКТОВ

Специальность 05Л3.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань - 2006

Работа выполнена в ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Алпатов Борис Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Витязев Владимир Викторович

кандидат технических наук Пресняков Александр Николаевич

Ведущая организация:

ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем», г. Москва

Защита состоится « 17 » ноября 2006 п в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.21 LOI в ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по адресу:

390005» г. Рязань, ул. Гагарина, д. 59/1, ауд. 235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Рязанского государственного радиотехнического университета».

Автореферат разослан « б » октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доиент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Одной из характерных черт современности является интенсивное применение новейших научных разработок при создании сложных информационно-управляющих комплексов. Безусловно, эта тенденция присутствует и при разработке алгоритмов управления приводами бортовых оптико-механических систем, решающих задачу автоматического сопровождения объектов по данным видеонаблюдений. При этом возникают новые возможности формирования управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения, ведущие к улучшению точностных характеристик систем видеосопровождения объектов.

Наиболее широкое распространение системы видеосопровождения получили при решении таких задач как навигация, круглосуточное пилотирование летательных аппаратов, поиск, обнаружение и сопровождение наземных, надводных, воздушных подвижных и неподвижных объектов, оценка состояния техногенных объектов, мониторинг дорожной обстановки и массовых мероприятий.

Одним из направлений при создании высокоточных систем видеосопровождения является разработка моделей и эффективных алгоритмов управления приводами бортовых комплексов оптико-механических систем, предназначенных для установки на воздушном, надводном и наземном транспорте. Одной из основных задач систем видеосопровождения является непрерывное совмещение оптической оси оптико-электронного прибора (видеодатчика), установленного на опорно-поворотной платформе (в карданном подвесе) оптико-механической системы» с направлением на объект, наблюдаемый на формируемом видеодатчиком изображении. Характерной чертой Ъистем видеосопровождения, устанавливаемых на подвижном носителе, является необходимость обеспечения высокой точности сопровождения объектов в автоматическом режиме в условиях больших угловых скоростей и ускорений изменения направления на объект.

Наиболее значимыми факторами, влияющими на точность автомагического сопровождения объекта, помимо алгоритма управления приводами кардана, являются частота формирования видеокадров, величина запаздывания в контуре управления, угловые скорость и ускорение изменения направления на объект, длительность возможного пропадания информации о положении объекта на изображении.

В системах видеосопровождения объектов используются различные способы повышения точности. В частности, применяются управляемые гиростабилизированные платформы для уменьшения влияния качки носителя, корректирующие звенья, статистическое прогнозирование в случае кратковременного пропадания информации о положении объекта на изображении. Вместе с тем, проблема повышения точности авггосопровождепия в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект и при использовании специальных вычислительных средств для обработки

изображений и формирования управления приводами опорно-поворотной платформы до сих пор остается актуальной.

Таким образом» существует практическая задача повышения точности сопровождения объектов посредством разработки эффективных алгоритмов управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения объектов.

Степень разработанности темы.

Вопросам повышения точности систем видеосопровождения объектов уделено значительное внимание в отечественных и зарубежных источниках. Существенный вклад в разработку алгоритмов управления приводами оптико-механических систем внесли такие ученые как Бесекерский В.А., Ривкин С.С., Чемоданов Б.К., Гурецкий X. и др. Однако, несмотря на большое количество работ по данной тематике, в результате проведённого анализа не выявлено публикаций, содержащих в полной мере анализ и решение задачи повышения точности сопровождения в условиях высоких угловых скоростей и ускорений изменения направления на объект, значительного запаздывания в контуре управления и недостаточной для ряда случаев стандартной частоты формирования видеоизображений.

Цель диссертационной работы заключается в разработке моделей и алгоритмов управления приводами оптико-механической системы, позволяющих повысить точность сопровождения в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект, в том числе и при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении. Для достижения поставленной цели требуется решение следующих основных задач:

- разработка математических моделей, определяющих связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на объект;

- разработка алгоритмов управления приводами двух- и трехосных карданов оптико-механических систем, позволяющих повысить точность сопровождения объектов в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект;

- разработка алгоритмов формирования управления приводами систем видеосопровождения при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении;

- разработка эффективных структур систем видеосопровождения;

- исследование разработанных моделей и алгоритмов.

Методы исследования.

Теоретические исследования в настоящей работе выполнены на основе методов теории автоматического управления, теории вероятностей, статистического прогнозирования, планетарной геометрии и тригонометрии.

Имитационное моделирование выполнялось с использованием пакетов Simulink, Signal Processing Blockset, Virtual Reality Toolbox и Video and Image Processing Blockset системы MATLAB, а также пакета 3ds max.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием промышленного образца опорно-поворотной платформы.

Научная новизна.

Задача авгосопровождения объекта по данным видеонаблюдений решена с учетом таких факторов как частота формирования видеокадров, запаздывание в контуре управления, качка носителя, кратковременное пропадание информации о положении объекта на изображении. Результаты разработки моделей и алгоритмов управления приводами системы видеосопровождения содержат следующие элементы научной новизны:

- математические модели, определяющие связь координат объекта на изображении с требуемыми ушами поворота рамок кардана, для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на сопровождаемый объект;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы авгосопровождения объектов с двухосным карданным подвесом, осуществляющий компенсацию запаздывания и повышение частоты дискретизации управляющих воздействий в контурах отработки требуемых углов поворота рамок кардана в условиях отсутствия или наличия информации о качке носителя;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения с трехосным карданным подвесом, осуществляющий при наличии информации о качке носителя стабилизацию изображения, компенсацию запаздывания и расширение полосы пропускания контуров отработки требуемых углов поворота рамок кардана;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

Эффективность разработанных алгоритмов получила экспериментальное подтверждение.

Практическая ценность.

Работа направлена на решение задач, имеющих непосредственное практическое значение. Использование разработанных моделей и алгоритмов формирования управления приводами оптико-механической системы позволяет значительно повысить точность сопровождения объекта при высокой динамике изменения направления на объект. В частности при изменении углового

направления со скоростью до 10 угл. град ./с и ускорением до 100 угл. град./с2, частоте формирования видеокадров 25 Гц, запаздывании 0,01 с в контуре управления ошибка сопровождения при применении разработанных алгоритмов как минимум в 4 раза меньше по сравнению со стандартным одноконтурным вариантом построения системы видеосопровождения.

Разработанные модели и алгоритмы управления приводами кардана могут использоваться для построения систем наблюдения, систем видеосопровождения при высокой динамике изменения направления на объект, значительном запаздывании в контуре управления, невысокой частоте формирования видеокадров.

Достоверность.

Достоверность результатов и выводов диссертации подтверждается корректным использованием математического аппарата, результатами моделирования и экспериментальными исследованиями.

Реализация и внедрение.

Полученные теоретические и практические результаты использованы при проведении научно-исследовательских работ, проводимых в ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по заказам Федерального агентства по образованию (НИР 6-03Г, 26-ОЗГ) и ФГУП «Государственный рязанский приборный завод» (НИР 1-03, 1-04, 44-04, 7-05), что подтверждается актами внедрения.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- 12-й, 13-й, 14-й международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань - 2004, 2005);

- 7-й международной научно-технической конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применения» (Москва — 2005);

- научно-практическом семинаре, посвященном 60-летию победы в ВОВ, «Сети и системы связи» (Рязань — 2005);

- 4-й международной конференции «Телевидение: передача и обработка изображений» (Санкт - Петербург - 2005);

- 11-й всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань - 2006);

- научно-практической конференции «Хранить традиции. Готовить профессионалов. Растить патриотов» (Рязань - 2006);

- 7-й международной научно-технической конференции «Кибернетика и высоки технологии XXI века С&Т*2006» (Воронеж - 2006).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи и 9 тезисов докладов. Результаты исследований отражены в 6 отчётах о НИР.

Личный вклад.

Используемые в диссертации математические модели, определяющие связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана, алгоритмы управления приводами двух- и трехосных карданных подвесов оптико-механических систем при наличии или отсутствии информации о качке носителя, а также кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении разработаны лично диссертантом.

г

Основные результаты, выносимые на защиту:

- математические модели, определяющие связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на сопровождаемый объект;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы автосопровождепия объектов с двухосным карданным подвесом, осуществляющий компенсацию запаздывания и повышение частоты дискретизации управляющих воздействий в контурах отработки требуемых углов поворота рамок кардана в условиях отсутствия или наличия информации о качке носителя;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения с трехосным карданным подвесом, осуществляющий при наличии информации о качке носителя стабилизацию изображения, компенсацию запаздывания и расширение полосы пропускания контуров отработки требуемых, углов поворота рамок кардана;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех гнав, заключения, списка литературы (80 источников), приложения, изложенных на 168 страницах, содержит 60 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задачи повышения точности автоматического сопровождения объектов оптико-механическими системами по данным видеонаблюдений, сформулированы основные задачи и научные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации выполнен анализ известных подходов к построению оптико-механических систем сопровождения объектов. Выявлены имеющиеся недостатки и сформулированы задачи диссертации.

Система видеосопровождения (СВС), размещенная на некотором носителе (вертолет, корабль, наземный транспорт и т.д.), по изображениям, формируемым видеодатчиком (ВД), решает задачу высокоточного автосопровождения некоторого объекта. В поле зрения ВД находится фон и сопровождаемый объект. Фоном может являться небо, земная и водная поверхность, городской ландшафт и т. д. Объектами обычно являются движущиеся или неподвижные машины, суда, летательные аппараты, наземные сооружения, находящиеся на расстоянии до нескольких километров. СВС, как правило, содержит вычислительное устройство (ВУ), решающее задачу обнаружения и определения координат объекта на изображении и формирующее управление приводами кардана (рисунок 1). В состав СВС также входит ВД, закрепленный в карданном подвесе, датчики угловых положений рамок кардана относительно осей вращения. При установке СВС на подвижном

носителе предусматривается поступление информации о текущих значениях углов качки носителя (крена, тангажа или дифферента, рыскания).

Информация об углах качки носителя

ВУ

БООК

±

Датчики угловых координат

Формирование управления

Приводы кардана

eHwe

5ЩЯ&?".

ось ВД

видеокадры

Рисунок 1 — Функциональная схема СВС

Задача СВС состоит в . постоянном совмещении оптической оси ВД с направлением на объект по данным блока обнаружения и определения координат (БООК). Характерной чертой бортовых оптико-механических систем является необходимость обеспечения высокой точности сопровождения объектов (до нескольких угловых минут) в автоматическом режиме в условиях больших угловых скоростей и ускорений изменения направления на объект (соответственно до десятков угловых градусов в секунду и сотен угловых градусов в секунду в квадрате). Основными факторами, влияющими на величину ошибки сопровождения, являются угловая скорость и ускорение изменения направления на объект, малая величина стандартной частоты формирования видеокадров, ошибки вычисления координат объекта из-за пиксельного (дискретного) характера представления изображения, величина запаздывания, вносимого БООК,

В диссертации рассмотрение вопросов управления приводами карданных подвесов СВС осуществляется с ориентацией на конкретные исходные данные, что, в общем случае, не сужает рамки применимости разработанных моделей и алгоритмов.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей, определяющих связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана для совмещения огггической оси ВД с направлением на объект и имитации информации о положении объекта на изображении в видеопоследовательности. Разрабатываются алгоритмы управления приводами СВС с двухосным карданным подвесом при отсутствии информации о качке.

Для непрерывного во времени совмещения оптической оси ВД с направлением на объект в принципе достаточно использовать двухосный карданный подвес, управление которым осуществляется с помощью двух приводов (рисунок 2, а). Один из приводов изменяет угол поворота в внешней рамки кардана относительно носителя, а другой — угол <р положения внутренней рамки с закрепленным на ней ВД относительно внешней рамки. Направление оптической оси ВД перпендикулярно оси вращения внутренней рамки. На изображении, формируемом ВД объект (центр изображения объекта) представлен точкой Р (рисунок 2, б).

Рисунок 2 - Двухосная карданная система и изображение» формируемое ВД

СВС вычисляет координаты центра изображения объекта ХР и УР в плоскости изображения каждого кадра (измерительная система координат 01Х1У1 ). Точка О, является проекцией оптической оси ВД на плоскость изображения. Считается известным угловое поле зрения ВД и размер изображения. Необходимо по вычисленным значениям X Р, Тр и показаниям датчиков углов поворотов рамок кардана 0 и <р на момент получения видеокадра определить требуемые угловые положения рамок 9Р и <рр, при которых оптическая ось совпала бы с направлением на объект. При этом приращения АО -0р-0 и &<р = <рр -(р будут представлять рассогласование, а 0Р и <рР в некоторой принятой системе отсчета (системе координат, привязанной к строительным осям носителя СВС) можно рассматривать как заданные значения углов поворота рамок кардана.

Примем в качестве модели изображения (рисунок 3), формируемого ВД с полем зрения ( 26д х 2д>д ), изображение размером 2ХД х 2УД, получающееся на

чувствительной прямоугольной пластине ЛВС И , перпендикулярной оптической оси ВД 001 и расположенной на расстоянии Л от точки О (центра оптической оси). Построение модели изображения осуществляется при условии, что любая произвольная точка пластины воспринимает только световой поток луча, проходящего через данную точку и центр О оптической оси. Указанная модель изображения в некотором масштабе, зависящем от величины К и фокусного расстояния линзы, будет повторять изображение, формируемое ВД. Точка Оу этого изображения является проекцией оптической оси. ОиУ1¥ -

система координат (СК), привязанная к ВД, 01Х1У1 - измерительная СК. Точка Р соответствует центру сопровождаемого объекта.

Рисунок 3 - Формирование модели изображения Для разработки моделей связи координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана с учетом принятой модели формирования изображения рассмотрена следующая геометрическая иллюстрация (рисунок 4). Точка О - точка пересечения осей вращения кардана. ОхХ1У1 — плоскость модели изображения. Точка О, - центр модели изображения, который всегда находится на поверхности шара радиуса Л. Положение точки О, однозначно определяется углами поворота рамок кардана в и <р относительно принятых начал отсчета.

Рассмотрение данной геометрической иллюстрации позволило вывести соотношения (1)-(4). При этом выражения (1), (2) определяют требуемые углы поворота рамок кардана при известном положении объекта на изображении (прямая задача). Выражения (3), (4) дашг решение обратной задачи, позволяющей по заданным углам положения объекта в СК носителя и известным текущим значениям углов поворота рамок кардана определить координаты объекта в текущем кадре. Указанные соотношения имеют вид:

Ав = arctan-~nxpkx-. = (1)

cos - NypKy sin <р

и

sin <р + NypKy cosfí> 9p = arcsin-7 У , ; A<p = <pP-<p. (2)

_ 1 cos^sin^p-sin^cosppCOsAé? ,

f\Yp — \ (3)

Kr sin^siní¡?p -bCOS^COS^pCOSAí?

Nxp = -^—(KyNyp sin<p — cos^)tanA(9, (4)

Kx

где NXP , NyP - координаты объекта на изображении в пикселях, в , <р -текущие угловые координаты оптической оси, вр , срр — требуемые углы поворота рамок кардана, Кх =tanвд^щ , Kr =tan<pMjNYff ~ коэффициенты пересчета.

Из выражений (1)-(4) вытекает, что для реализации управления приводами можно использовать рассогласования А(р, А9 или абсолютные значения ср, 0, определяющие требуемые положения рамок кардана. Таким образом, имеется возможность двух вариантов построения СВС (рисунки 5,6),

Первый вариант построения СВС с использованием рассогласований, вычисленных по (1), (2), содержит блок БООК, вычисляющий оценки координат объекта на изображении и вносящий запаздывание г в контур управления. Функциональный преобразователь F¡ вычисляет рассогласование оптической оси с требуемым направлением. Цифровые регуляторы (ЦР) реализуют требуемые законы управления в каждом канале отработки рассогласований Aß и Д<р . При моделировании СВС в качестве ЦР используется ПИ-регулятор, выбор которого объясняется простотой настройки на практике параметров регулятора и обеспечением отработки линейно меняющегося во времени углового положения объекта с нулевой установившейся ошибкой в контуре слежения. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) вырабатывают управляющие напряжения на соответствующие приводы. Привод скорости (ПС) осуществляет поворот рамок кардана, блок со знаком интеграла описывает связь углов поворота рамок кардана с соответствующими угловыми скоростями вращения. ВД, представленный формально в виде функционального преобразователя F2, преобразует угловые координаты направления на объект <Рр , вР и оптической оси р, в в координаты NХР , NYP центра объекта на изображении.

Моделирование работы СВС осуществлялось при конкретных параметрах оптико-механических систем, требуемое изменение направления на объект задавалось эквивалентным гармоническим сигналом, скорость изменения

которого достигает Í 0 угл. град./с, а ускорение 100 угл. град./с2 . Исследования первого варианта построения СВС показали, что даже при допустимом перерегулировании 50 % невозможно получить ошибку сопровождения менее 0,24 угл. градуса, что иллюстрируется на рисунке 7 (кривая 1).

Во 2 варианте построения СВС для отработки требуемых углов поворота рамок кардана вводится обратная связь от датчика угла азимута и блоки

прогнозирования (БП), осуществляющие прогнозирование межкадровых координат объекта по методу МНК с учетом запаздывания. При этом контуры отработки (следящие приводы СП^, СП^) требуемых углов поворота работают

на повышенной частоте. Остальные функциональные узлы такие же» как и в варианте I. Минимальная амплитуда ошибки сопровождения в данном случае составляет 0,066 градуса (рисунок 7, кривая 2).

св Я

Оч

§ &

с о 1=1

о

00 □

я

ев

О

Я

4> О.

I

в л

я о

я £

I

<о

и о

X

&

я

О,

см

§

X* 2

о

э-

ПС

— 1 | -

1 : : г

и 1 1 и

с ; ! К

1 : ; í

с ; : с

§ : ; §

( • : Г

а. ; :

а* : : ^

ш С

о

аэ сг

I

а р.

I

1

о с

и

8

к §

г

О. «

г 8

§ х

л

к о

X I

ю и о

X &

X си

Без учета ошибок вычисления координат объекта ошибки сопровождения для 1 и 2 варианта построения СВС соответственно равны 0,22 и 0,02 градуса. Проведено исследование зависимости ошибки сопровождения объектов от частоты дискретизации задающих воздействий СП, ошибок дискретизации датчиков углов, ошибок вычисления координат объекта, вызванных дискретным характером представления изображения. Ошибка сопровождения при использовании 2 варианта СВС меньше по сравнению с 1 вариантом за счет того, что компенсация запаздывания и увеличение частоты дискретизации задающих воздействий СП при помощи БП позволяет расширить полосу пропускания контуров отработки требуемых углов поворота рамок кардана и уменьшить динамическую составляющую ошибки. Таким образом, можно говорить о предпочтительности использования 2 варианта построения СВС.

В третьей главе разрабатываются модели и алгоритмы управления приводами СВС с учетом углов качки носителя.

СВС часто устанавливаются на подвижных носителях, совершающих вращательные движения, которые могут быть вызваны маневрами, качкой или вибрацией с частотой до 10 Гц. Это приводит к большим угловым скоростям и ускорениям изменения направления на объект. Кроме этого качка носителя приводит к вращению ВД вокруг оптической оси и повороту изображения фоновой обстановки в последовательности видеокадров.

Использование трехосного карданного подвеса в СВС при наличии высокоточной информации о текущих углах качки дает возможность практически исключить указанные вращения. Это позволяет повысить точность вычисления координат объекта на изображении, значительно упростить алгоритмы, используемые в БООК, и соответственно уменьшить запаздывание в выдаче координат в контур управления, что улучшает точность сопровождения.

На рисунке 8 показан возможный вариант построения применяемого в СВС трехосного карданного подвеса с изображением соответствующих CK.

Управление ориентацией оптической оси ВД осуществляется путем изменения текущих углов поворота 0, у/, <р рамок кардана.

1С

'поперечная ось

Рисунок 8 -Трехосный карданный подвес, применяемый в СВС На рисунке 8 показаны три СК. Первая — привязана к центру

тяжести носителя и неподвижно ориентирована относительно поверхности Земли так, чтобы плоскость O^rj была параллельна плоскости горизонта, а ось образовала правую СК с осями 0% и Or¡. Оси СК OXYZ совпадают со строительными осями носителя, а ее положение относительно определяется углами качки (а - угол рысканья, /? - тангажа, у - крена). СК OUVW жестко связана с ВД, закрепленным на внутренней рамке кардана, при этом направление оптической оси совпадает с осью OV . Оси OU и ОIV параллельны соответственно осям О^Хх и OlYí измерительной СК. При отсутствии качки носителя и равенстве нулю углов поворота рамок кардана (О -угол азимута, <р - места, у/ - крена) все указанные СК совпадают.

Для вычисления требуемых углов поворота рамок кардана вводится СК OUTVTWT, определяющая требуемое положение ВД относительно неподвижно ориентированной СК, так чтобы ось OVT совпадала с направлением на объект, а ось OUT постоянно оставалась в плоскости О^ц , обеспечивая этим стабилизацию изображения. Положение OUTVTWT относительно неподвижно ориентированной СК описывается квадратной матрицей А направляющих косинусов. В трехмерном декартовом пространстве О^ц^ при условии, что ось OUT остается в плоскости матрица А зависит от двух углов поворота вт> <рт> определяющих положение СК OUTVTWT относительно . Координаты

объекта в СК определяются через координаты в OXYZ посредством

матрицы направляющих косинусов B~]{a,j3,y), переводящей базисные вектора изСК OXYZ вО£т)£.

Задача управления приводами кардана заключается в поворотах его рамок на углы в, <р, у/, при которых СК OJJVW совпадет с требуемой ориентацией

ВД, определяемой OUTVTWT. Для этого необходимо, чтобы матрицы перевода

координат С(вт,<рт,а,/3,у) из СК OXYZ в OUTVTWT и D0>ift,<p) из OXYZ в OUVW были равны. С учетом сказанного требуемые углы поворота рамок кардана определяются как решение матричного уравнения

D0w,$) = C(6T,<pT,a,0,y) = A(eT,<pT)B-\a,j3,y). (5)

При следующих ограничениях на углы качки

а е[-я/2,я/2];

/?€[-Я-/2 + 0>р,ЛГ/2-Рр1; (6)

Г€[~я-/2,я/2],

решение матричного уравнения (5) имеет вид ц/ - arcsm(-cu},

<р = arcsin(c23 / cos цг\

в = arcsin(c! 2 /cos цг\ если (cj, /cos ф) > 0; ^

в = ?rsign(cli2 /cos г/) - arcsm(c12 / cost//), если (eu /cos^)< 0, где Cj j - элементы матрицы С(вт,(рт,сх,/3,у).

При использовании двухосного карданного подвеса в СВС требуемые углы поворота вычисляются по соотношению (7), при этом угол крена необходимо принять равным нулю градусов ( у/ = 0 ), так как в двухосном кардане отсутствует рамка обкатки по крену.

При автоматическом сопровождении угловые координаты объекта в неподвижно ориентированной СК вычисляются по следующим выражениям

вт = arctan(- ¡rjx);

<Рт ~ arctan^ Д/£ + ),

где

fe 7i CiY =B-\a,MD~l(6>,<p,y)[uPl VPl Wj. _

[f/P] VPl WPlJ — координаты единичного вектора OPy = OPj^OP ,

совпадающего с направлением на объект, в СК OVVW,

Таким образом, алгоритм управления приводами СВС включает выполнение следующих действий:

1. Формирование видеокадров с периодом дискретизации Т{ в моменты времени t, ~1ТХ, 1 = 0,1,2,...;

2. Определение координат вектора ОРх по выражению (9);

3. Вычисление угловых координат вР , (рР вектора ОРх в неподвижно ориентированной СК по выражению (8);

4. Вычисление путем прогнозирования межкадровых координат вектора ОРх вСК Ofy-jC, с периодом дискретизации Т = КТХ, где К = 2,3,4,...;

5. Вычисление требуемых углов поворота рамок кардана в СК носителя в соответствии с системой уравнений (7) при ограничениях (6);

6. Формирование ЦР и ЦАП управляющих сигналов ПС в соответствии с выбранным законом управления.

Уменьшение ошибки сопровождения по сравнению с рассмотренными во второй главе СВС достигается за счет большей точности вычисления межкадровых координат объекта в неподвижно ориентированной СК. Точность вычисления координат повышается за счет стабилизации изображения и лучшей аппроксимации траектории объекта, неискаженной качкой носителя. На рисунке 9 показаны ошибки сопровождения СВС с трехосным карданом (кривая 1) и СВС, реализованной по 2 варианту, (кривая 2). Траектории объекта по азимуту и углу места в СК носителя соответствуют эквивалентному гармоническому сигналу, максимальная скорость изменения которого достигает

значения 10 угл. град./с, а максимальное ускорение 100 угл. град ./с2.

Рисунок 9 — Ошибки сопровождения СВС В четвертой главе разрабатываются и исследуются алгоритмы управления приводами СВС по прогнозируемым координатам объекта.

При сопровождении объекта по данным видеонаблюдений может пропадать информация о положении объекта на изображении, например, вследствие закрытия объекта фоновыми образованиями. В результате необходимо осуществлять управление приводами кардана при отсутствии информации о текущих координатах объекта, которое может производиться по различным алгоритмам. При появлении информации о положении объекта на изображении производится восстановление автосопровождения. Отсутствие информации об объекте не должно быть длительным, так как с течением времени быстро увеличивается вероятность ложного обнаружения и как следствие ложного захвата. При пропадании информации о положении объекта на изображении наиболее эффективными оказываются алгоритмы, игттпттмляогпие статистическое прогнозирование угловых траекторий.

Алгоритм управления приводами СВС при пропадании информации о положении объекта на изображении состоит из следующих шагов:

1) формирование ВД кадров изображений с периодом дискретизации 7] в моменты времени t, ~ /Г,, I = 0,1,2,...;

2) обработка текущего изображения, полученного в пункте 1, в БООК с целью обнаружения и вычисления координат сопровождаемого объекта. При не обнаружении объекта вырабатывается сигнал о пропадании;

3) в случае обнаружения объекта восстанавливается авто сопровождение, при наличии сигнала о пропадании проверяется время отсутствия информации о координатах объекта. Если время превысило заданное значение, то принимается решение о срыве сопровождения, иначе управление приводами кардана оптико-механической системы производится по прогнозируемой траектории объекта, которая вычисляется в БП на основе информации о прошлых известных координатах;

4) вычисляются требуемые углы поворота рамок кардана в СК носителя;

5) формирование ЦР и ЦАП в соответствии с выбранным законом управления сигналов на приводы СВС для отработки требуемого положения оптической оси ВД, вычисленного в пункте 4.

На рисунке 10 показаны ошибки сопровождения СВС с трехосным карданом (кривая 1) и СВС, реализованной по 2 варианту, (кривая 2) при пропадании информации о положении объекта на изображении, которое моделируется в интервале времени [4.8,7.4] с . Траектория объекта по углу азимута и места в СК носителя соответствуют эквивалентному гармоническому сигналу, скорость изменения которого достигает значения 10 утл. град./с, а

ускорение 100 угл. град./с2.

I \-4\ ^Мф^Щ^Фщ^фф

3 : !:

И Р

А ........Й

4 ■ sr?

1 2 3

'Кривая! ——™1<р!азал2

Рисунок 10 - Ошибки сопровождения СВС

ю t, с

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ известных алгоритмов управления приводами СВС. Выявлены основные факторы, влияющие на точность сопровождения.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы управления приводами СВС с двухосным карданным подвесом, позволяющие компенсировать запаздывание в контуре управления и повысить частоту дискретизации задающих воздействий следящих приводов отработки требуемых углов поворота рамок кардана при отсутствии и наличии информации об углах качки носителя.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы управления приводами СВС с трехосным карданом, учитывающие информацию о качке носителя, позволяющие компенсировать запаздывание в контуре управления, расширить полосу пропускания следящих приводов отработки требуемых углов поворота рамок кардана и стабилизировать изображение.

4. Разработан алгоритм управления приводами двух- и трехосных карданных подвесов СВС при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

5. Проведенное моделирование подтверждает эффективность разработанных алгоритмов управления приводами СВС с двух- и трехосными карданами как при наличии, так и при отсутствии информации о положении объекта на изображении.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алпатов Б.А., Балашов O.E., Степашкин А.И. Управление приводами гиростабилизированной платформы в видеокомпьютерной системе сопровождения объектов // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. Вып. 12. - Рязань, 2003. -С. 38-41.

2. Алпатов Б.А., Балашов O.E., Степашкин А.П. Некоторые вопросы построения видеокомпьютерных следящих систем // Проблемы математического моделирования и обработки информации в научных исследованиях: Сб. науч. тр. - Рязань: РГРТА, 2003. - С. 16-25.

3. Балашов O.E., Степашкин А.И. Управление приводами видеокомпьютерной системы сопровождения объектов // Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций. Тез. докл. 12-й международной научно-технической конференции. - Рязань, 2004. - С. 66-67.

4. Балашов O.E., Степашкин А.И. Повышение точности управления приводами видеокомпьютерной системы сопровождения объектов // Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций. Тез. докл. 13-й международной научно-технической конференции. - Рязань, 2004. - С. 94-95.

5. Алпатов Б.А., Балашов O.E., Степашкин А.И. Прогнозирование управления приводами в видеокомпьютерной системе сопровождения объектов // Цифровая обработка сигналов и ее применения. Тез. докл. 7-й международной конференции. Том 2. - М.: 2005. - С. 333-336.

6. Балашов O.E., Степашкин А.И. Повышение точности управления приводами видеокомпьютерной системы сопровождения объектов // Сети и системы связи. Тез. докл. всероссийского научно-практического семинара посвященного 60-летию победы в ВОВ. -Рязань, 2005. - С. 198-201.

7. Балашов О. Е.. Кынина И. А. Управление приводами видеокомпьютерной системы сопровождения объектов // Телевидение; передача и обработка изображений. Тез. докл. 4-ой международной конференции. - Санкт-Петербург. 2005. - С. 73-74.

8. Алпатов Б.А.. Балашов O.E.. Степашкин А.И. Прогнозирование при формировании управления приводами кардана в системе видеослежения // Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций. Тез. докл. 14-й международной научно-технической конференции. - Рязань. 2005, - С. 109-110.

9. Балашов O.E., Степашкин А.И. Информационные технологии при создании и исследовании замкнутых систем видеослежения // Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании. Тез. докл. 11-ой всероссийской научно-технической конференции. - Рязань. 2006. - С. 135-136.

Ю.Алпатов Б.А., Балашов O.E. Исследование ошибки прогнозирования в системе видеослежения И Хранить традиции. Готовить профессионалов. Растить патриотов. Тез. докл. научно-практическая конференция. - Рязань. 2006. - С. 7-9.

И.Алпатов Б.А.. Балашов O.E.. Степашкин А.И. Исследование ошибки сопровождения объектов системой видеосопровождения// Кибернетика и высоки технологии XXI века С&Т*2006. Тез. докл. 7-й международной научно-технической конференции. Том 1.

- Воронеж. 2006. - С. 406-410.

12.Алпатов Б.А.: Балашов O.E.. Степашкин А.И. Формирование управления приводами трехосного карданного подвеса в системе сопровождения объектов // Изв. вузов. Приборостроение. 2006. Т. 49,. №5. С. 24-23.

13.Балашов O.E. Повышение точности сопровождения объектов в системе видеослежения // Вестник Рязанской государственной р а д и отех н и ческой академии. Вып. 17.

- Рязань. 2006. . - С. 45-49.

БАЛАШОВ Олег Евгеньевич

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ БОРТОВЫХ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОСОПРОВОЖДЕНИЯ

ОБЪЕКТОВ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Отпечатано 5.10.2006 Рязань, ООО «Оргтехцентр» Первомайский проспект, д. 37. Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ.

1.1 Постановка задачи сопровождения объектов оптико-механическими системами.

1.2 Обзор алгоритмов управления приводами кардана и структур оптико-механических систем авто сопровождения объектов.

1.3 Постановка задач диссертации.

2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ СИСТЕМЫ ВИДЕООСОПРОВОЖДЕНИЯ С ДВУХОСНЫМ КАРДАННЫМ ПОДВЕСОМ.

2.1 Разработка математической модели двухосного карданного подвеса с видеодатчиком.

2.2 Разработка структур систем автосопровождения объектов.

2.3 Разработка алгоритмов управления приводами системы видеосопровождения.

2.4 Исследование точности сопровождения объектов при использовании разработанных алгоритмов управления.

2.4.1 Оценка ошибки сопровождения объектов.

2.4.2 Исследование влияния ошибок определения угловых координат объекта на точность сопровождения.

2.4.3 Исследование влияния запаздывания в контуре управления и частоты дискретизации задающих воздействий следящих приводов на точность сопровождения объектов.

2.5 Выводы.

3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ

СИСТЕМЫ ВИДЕОСОПРОВОЖДЕНИЯ С ТРЕХОСНЫМ КАРДАННЫМ ПОДВЕСОМ.

3.1 Разработка модели управления приводами трехосного карданного подвеса системы видеосопровождения, установленной на подвижном носителе.

3.2 Разработка алгоритма управления приводами трехосного карданного подвеса системы видеосопровождения.

3.3 Исследование влияния качки носителя на точность сопровождения.

3.4 Сравнительный анализ точности систем видеосопровождения объектов с двухосным и трехосным карданными подвесами.

3.5 Выводы.

4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ СИСТЕМ ВИДЕОСОПРОВОЖДЕНИЯ ПО ПРОГНОЗИРУЕМЫМ КООРДИНАТАМ ОБЪЕКТА.

4.1 Исследование точности систем видеосопровождения при прогнозировании координат объекта.

4.2 Разработка алгоритма управления приводами системы видеосопровождения при кратковременном пропадании информации об объекте.

4.3 Сравнительный анализ точности систем видеосопровождения с двух-и трехосными карданными подвесами при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

4.4 Выводы.

Актуальность работы.

Одной из характерных черт современности является интенсивное применение новейших научных разработок при создании сложных информационно-управляющих комплексов. Безусловно, эта тенденция присутствует и при разработке алгоритмов управления приводами бортовых оптико-механических систем, решающих задачу автоматического сопровождения объектов по данным видеонаблюдений. При этом возникают новые возможности формирования управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения, ведущие к улучшению точностных характеристик систем видеосопровождения объектов.

Наиболее широкое распространение системы видеосопровождения получили при решении таких задач как навигация, круглосуточное пилотирование летательных аппаратов, поиск, обнаружение и сопровождение наземных, надводных, воздушных подвижных и неподвижных объектов, оценка состояния техногенных объектов, мониторинг дорожной обстановки и массовых мероприятий.

Одним из направлений при создании высокоточных систем видеосопровождения является разработка моделей и эффективных алгоритмов управления приводами бортовых комплексов оптико-механических систем, предназначенных для установки на воздушном, надводном и наземном транспорте. Одной из основных задач систем видеосопровождения является непрерывное совмещение оптической оси оптико-электронного прибора (видеодатчика), установленного на опорно-поворотной платформе (в карданном подвесе) оптико-механической системы, с направлением на объект, наблюдаемый на формируемом видеодатчиком изображении. Характерной чертой систем видеосопровождения, устанавливаемых на подвижном носителе, является необходимость обеспечения высокой точности сопровождения объектов в автоматическом режиме в условиях больших угловых скоростей и ускорений изменения направления на объект.

Наиболее значимыми факторами, влияющими на точность автоматического сопровождения объекта, помимо алгоритма управления приводами кардана, являются частота формирования видеокадров, величина запаздывания в контуре управления, угловые скорость и ускорение изменения направления на объект, длительность возможного пропадания информации о положении объекта на изображении.

В системах видеосопровождения объектов используются различные способы повышения точности. В частности, применяются управляемые гиростабилизированные платформы для уменьшения влияния качки носителя, корректирующие звенья, статистическое прогнозирование в случае кратковременного пропадания информации о положении объекта на изображении. Вместе с тем, проблема повышения точности автосопровождения в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект и при использовании специальных вычислительных средств для обработки изображений и формирования управления приводами опорно-поворотной платформы до сих пор остается актуальной.

Таким образом, существует практическая задача повышения точности сопровождения объектов посредством разработки эффективных алгоритмов управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения объектов.

Степень разработанности темы.

Вопросам повышения точности систем видеосопровождения объектов уделено значительное внимание в отечественных и зарубежных источниках. Существенный вклад в разработку алгоритмов управления приводами оптико-механических систем внесли такие ученые как Бесекерский В.А., Ривкин С.С., Чемоданов Б.К., Турецкий X. и др. Однако, несмотря на большое количество работ по данной тематике, в результате проведённого анализа не выявлено публикаций, содержащих в полной мере анализ и решение задачи повышения точности сопровождения в условиях высоких угловых скоростей и ускорений изменения направления на объект, значительного запаздывания в контуре управления и недостаточной для ряда случаев стандартной частоты формирования видеоизображений.

Цель диссертационной работы заключается в разработке моделей и алгоритмов управления приводами оптико-механической системы, позволяющих повысить точность сопровождения в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект, в том числе и при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении. Для достижения поставленной цели требуется решение следующих основных задач:

- разработка математических моделей, определяющих связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на объект;

- разработка алгоритмов управления приводами двух- и трехосных карданов оптико-механических систем, позволяющих повысить точность сопровождения объектов в условиях высокой динамики изменения углового направления на объект;

- разработка алгоритмов формирования управления приводами систем видеосопровождения при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении;

- разработка эффективных структур систем видеосопровождения;

- исследование разработанных моделей и алгоритмов.

Методы исследования.

Теоретические исследования в настоящей работе выполнены на основе методов теории автоматического управления, теории вероятностей, статистического прогнозирования, планетарной геометрии и тригонометрии.

Имитационное моделирование выполнялось с использованием пакетов Simulink, Signal Processing Blockset, Virtual Reality Toolbox и Video and Image Processing Blockset системы MATLAB.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием промышленного образца опорно-поворотной платформы.

Научная новизна.

Задача автосопровождения объекта по данным видеонаблюдений решена с учетом таких факторов как частота формирования видеокадров, запаздывание в контуре управления, качка носителя, кратковременное пропадание информации о положении объекта на изображении. Результаты разработки моделей и алгоритмов управления приводами системы видеосопровождения содержат следующие элементы научной новизны:

- математические модели, определяющие связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана, для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на сопровождаемый объект;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения объектов с двухосным карданным подвесом, осуществляющий компенсацию запаздывания и повышение частоты дискретизации управляющих воздействий в контурах отработки требуемых углов поворота рамок кардана в условиях отсутствия или наличия информации о качке носителя;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения с трехосным карданным подвесом, осуществляющий при наличии информации о качке носителя стабилизацию изображения, компенсацию запаздывания и расширение полосы пропускания контуров отработки требуемых углов поворота рамок кардана;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

Эффективность разработанных алгоритмов получила экспериментальное подтверждение.

Практическая ценность.

Работа направлена на решение задач, имеющих непосредственное практическое значение. Использование разработанных моделей и алгоритмов формирования управления приводами оптико-механической системы позволяет значительно повысить точность сопровождения объекта при высокой динамике изменения направления на объект. В частности при изменении углового направления со скоростью до 10 угл. град./с и ускорением до 100 угл. град./с2, частоте формирования видеокадров 25 Гц , запаздывании 0,01 с в контуре управления ошибка сопровождения при применении разработанных алгоритмов как минимум в 4 раза меньше по сравнению со стандартным одноконтурным вариантом построения системы видеосопровождения.

Разработанные модели и алгоритмы управления приводами кардана могут использоваться для построения систем наблюдения, систем видеосопровождения при высокой динамике изменения направления на объект, значительном запаздывании в контуре управления, невысокой частоте формирования видеокадров.

Достоверность.

Достоверность результатов и выводов диссертации подтверждается корректным использованием математического аппарата, результатами моделирования и экспериментальными исследованиями.

Реализация и внедрение.

Полученные теоретические и практические результаты использованы при проведении научно-исследовательских работ, проводимых в ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по заказам Федерального агентства по образованию (НИР 6-ОЗГ, 26-ОЗГ) и ФГУП «Государственный рязанский приборный завод» (НИР 1-03, 1-04, 44-04, 7-05), что подтверждается актами внедрения.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- 12-й, 13-й, 14-й международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань - 2004, 2005);

- 7-й международной научно-технической конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применения» (Москва - 2005);

- научно-практическом семинаре, посвященном 60-летию победы в ВОВ, «Сети и системы связи» (Рязань - 2005);

- 4-й международной конференции «Телевидение: передача и обработка изображений» (Санкт - Петербург - 2005);

- 11-й всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань - 2006);

- научно-практической конференции «Хранить традиции. Готовить профессионалов. Растить патриотов» (Рязань - 2006);

- 7-й международной научно-технической конференции «Кибернетика и высоки технологии XXI века С&Т*2006» (Воронеж - 2006).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи и 9 тезисов докладов. Результаты исследований отражены в 6 отчётах о НИР.

Личиый вклад.

Используемые в диссертации математические модели, определяющие связи координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана, алгоритмы управления приводами двух- и трехосных карданных подвесов систем видеосопровождения при наличии или отсутствии информации о качке носителя, а также кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении разработаны лично диссертантом.

Основные результаты, выносимые на защиту:

- математические модели, определяющие связь координат объекта на изображении с требуемыми углами поворота рамок кардана для совмещения оптической оси видеодатчика с направлением на сопровождаемый объект;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения объектов с двухосным карданным подвесом, осуществляющий компенсацию запаздывания и повышение частоты дискретизации управляющих воздействий в контурах отработки требуемых углов поворота рамок кардана в условиях отсутствия или наличия информации о качке носителя;

- алгоритм управления приводами системы видеосопровождения с трехосным карданным подвесом, осуществляющий при наличии информации о качке носителя стабилизацию изображения, компенсацию запаздывания и расширение полосы пропускания контуров отработки требуемых углов поворота рамок кардана;

- алгоритм управления приводами оптико-механической системы при кратковременном пропадании информации о положении объекта на изображении.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (80 источников), приложения, изложенных на 168 страницах, содержит 60 рисунков и 7 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Проведен обзор и анализ существующих структур и алгоритмов управления приводами оптико-механических систем автоматического сопровождения объектов по данным видеонаблюдений. Выявлены основные факторы, влияющие на точность сопровождения. Ими являются динамика изменения направления на объект относительно носителя СВС, частота формирования видеокадров, величина запаздывания в контуре управления, разрешение и ширина поля зрения ВД, а также время нахождения системы в инерциальном режиме;

2. Разработаны математические модели и алгоритмы управления приводами СВС с двухосным карданным подвесом, позволяющие компенсировать запаздывание в контуре управления и повысить частоту дискретизации задающих воздействий следящих контуров отработки требуемых углов поворота рамок кардана;

3. Разработаны математические модели и алгоритмы управления приводами СВС с трехосным карданным подвесом, учитывающие информацию о качке и маневрах носителя. Прогнозирование угловых координат объекта производится в неподвижно ориентированной СК, что позволяет повысить точность сопровождения объектов;

4. Разработан алгоритм управления приводами карданного подвеса оптико-механических систем автосопровождения при кратковременном пропадании информации о положении объекта в последовательности видеокадров;

5. Проведенное моделирование подтверждает эффективность разработанных алгоритмов управления приводами оптико-механических систем автоматического сопровождения объектов по данным видеонаблюдений с двух-и трехосными карданами как при наличии, так и при отсутствии информации о положении объекта на изображении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена разработке, исследованию моделей и алгоритмов управления приводами бортовых оптико-механических систем автосопровождения объектов по данным видеонаблюдений. Особенностями решаемой задачи являются большие угловые скорости и ускорения изменения направления на объект, возможность кратковременного пропадания информации о положении объекта на изображении, невысокая частота формирования видеокадров, значительное запаздывание в контуре управления и требуемая высокая точность сопровождения.

1. Алпатов Б.А., Балашов О.Е., Степашкин А.И. Некоторые вопросы построения видеокомпьютерных следящих систем // Проблемы математического моделирования и обработки информации в научных исследованиях: Сб. науч. Тр. Рязань: РГРТА, 2003. - С. 16-25.

2. Жиль Ж., Пелегрен М., Декольн П. Теория и техника следящих систем. -М.: Машгиз, 1961.-804 с.

3. Криксунов JI 3. Следящие системы с оптико-электронными координаторами. К.: Тэхника, 1991. - 156 с.

4. Барсуков Ф. И., Величкин А. И., Сухарев А. Д. Телевизионные системы летательных аппаратов: Учеб. Пособие для вузов./ Под ред. Величкина А. И. М.: Сов. Радио, 1979. - 256 с.

5. Алпатов Б.А., Балашов О.Е., Степашкин А.И. Управление приводами гиро стабилизированной платформы в видеокомпьютерной системе сопровождения объектов // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. Вып. 12. Рязань, 2003. №12 С. 38-41.

6. Математические основы теории автоматического регулирования. Том II / Иванов В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б.К., Ющенко А.С. М.: Высшая школа, 1977. - 518 с.

7. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982. - 312 с.

8. Алпатов Б.А., Бохан К.А. Алгоритм обнаружения и выделения изображения движущегося объекта // Цифровая обработка сигналов и ее применения. Тез. докл. 2-й международной конференции. М.:, МЦНТИ, 1999.-С. 233-240.

9. Алпатов Б.А., Бабаян П.В. Выделение движущихся объектов в системах видеонаблюдения при наличии геометрических искажений изображения // Цифровая обработка сигналов и ее применения. Тез. докл. 7-й международной конференции. Том 2. М.:, 2005. С. 336-340.

10. Денисов Д.А., Низовкин В.А. Сегментация изображения на ЭВМ // Зарубежная радиоэлектроника. 1985. - № 10. - С. 5-30.

11. Алпатов Б. А. Оценивание параметров движущегося объекта в последовательности изменяющихся двумерных изображений //Автометрия. 1991. - №3. - С. 21-24.

12. А.С. 1443794 СССР. Устройство для определения рассогласования координат положения объекта в телевизионной следящей системе / Б.А. Алпатов, А.А. Селяев, А.И. Степашкин, С.Ю. Хлудов. Опублик. 07.06.90. Бюл.№21. 8 с.

13. Методы и алгоритмы обнаружения, распознавания и сопровождения объектов в видеокомпьютерных системах: Отчёт о научно-исследовательской работе №1-02 /№ госрегистрации 01200302742/ -Рязань, 2003.-65 с.

14. Максимов М.В., Горконов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. М.: Радио и связь, 1982. - 304 с.18